1、3.2 汽車中的自動化系統汽車中的自動化系統主要內容主要內容l 汽車自動化系統概述汽車自動化系統概述l 自動化技術在汽車中的應用自動化技術在汽車中的應用 發動機控制、發動機控制、 變速器控制、變速器控制、制動防抱死控制、驅動防滑控制、制動防抱死控制、驅動防滑控制、動力轉向控制、動力轉向控制、 懸架控制、懸架控制、防撞避撞控制防撞避撞控制l 汽車先進控制系統簡介汽車先進控制系統簡介l 汽車自動化發展動態汽車自動化發展動態 一、一、 汽車自動化系統概述汽車自動化系統概述 目的：目的：全面改善汽車的行駛性能，提高汽車的安全面改善汽車的行駛性能，提高汽車的安全性、舒適性和易操作性。全性、舒適性和易操作

2、性。 意義：意義：汽車數量的大量增加造成道路擁堵、路況汽車數量的大量增加造成道路擁堵、路況復雜、交通事故和車禍頻繁、能源危機、尾氣污復雜、交通事故和車禍頻繁、能源危機、尾氣污染等諸多問題，自動化可以保障汽車行駛的安全、染等諸多問題，自動化可以保障汽車行駛的安全、降低肇事率、操縱輕松自如、提高運行性能、節降低肇事率、操縱輕松自如、提高運行性能、節省能源、減少廢氣排放等。省能源、減少廢氣排放等。 開發汽車自動化系統的目的和意義：開發汽車自動化系統的目的和意義：汽車的控制系統汽車的控制系統汽車中應用了很多自動控制系統汽車中應用了很多自動控制系統 發動機控制（點火、燃料噴射、空燃比、怠速等發動機控制（

3、點火、燃料噴射、空燃比、怠速等的控制）、變速器控制、防抱死和驅動防滑制動的控制）、變速器控制、防抱死和驅動防滑制動控制、助力轉向控制、懸架控制、自動保持車速控制、助力轉向控制、懸架控制、自動保持車速的巡航控制、導航系統、防撞避撞控制、安全氣的巡航控制、導航系統、防撞避撞控制、安全氣囊控制、自動刮水器、自動開閉式車窗、空調控囊控制、自動刮水器、自動開閉式車窗、空調控制、燈光控制、無鑰匙車門及車門鎖定系統等。制、燈光控制、無鑰匙車門及車門鎖定系統等。 其中大部分屬于反饋控制。其中大部分屬于反饋控制。 二、自動化技術在汽車中的應用二、自動化技術在汽車中的應用1. 發動機自動控制系統發動機自動控制系統

4、 核心部分是電子控制燃油噴射系統，配上相應的核心部分是電子控制燃油噴射系統，配上相應的裝置還能實現空燃比控制、怠速控制、點火期控制、裝置還能實現空燃比控制、怠速控制、點火期控制、排氣再循環控制等。排氣再循環控制等。 轎車轎車發動機發動機燃油噴射電控系統燃油噴射電控系統電控燃油噴射系統的組成及原理電控燃油噴射系統的組成及原理 核心是電子控制單元核心是電子控制單元ECU（Electronic Control Unit），另外還有發動機轉速以及水溫傳感器、進），另外還有發動機轉速以及水溫傳感器、進氣歧管內壓力傳感器或進氣通道內的空氣流量傳感氣歧管內壓力傳感器或進氣通道內的空氣流量傳感器、電磁噴油器、

5、冷起動噴油器等。器、電磁噴油器、冷起動噴油器等。 ECU根據檢測到的發動機轉速和溫度、空氣進根據檢測到的發動機轉速和溫度、空氣進氣壓力或流量等參數，準確計算出不同工況下發動氣壓力或流量等參數，準確計算出不同工況下發動機所需要的燃油量，再控制噴油器的燃油噴射，并機所需要的燃油量，再控制噴油器的燃油噴射，并保證發動機混合氣的空燃比在恰當的范圍內。保證發動機混合氣的空燃比在恰當的范圍內。 2. 變速器自動控制系統變速器自動控制系統自動檔自動檔變速桿變速桿 組成：組成：電子控制系統、齒輪變速器、換檔執行機構、電子控制系統、齒輪變速器、換檔執行機構、變矩器等。變矩器等。變速器自動控制系統的作用和原理變速

6、器自動控制系統的作用和原理 可以自動地確定所需最佳檔次和換擋時間，明可以自動地確定所需最佳檔次和換擋時間，明顯簡化、方便了汽車的換檔操作，而且能夠使行顯簡化、方便了汽車的換檔操作，而且能夠使行駛動力性達到最佳的狀態。駛動力性達到最佳的狀態。 通過檢測車速、發動機轉速和水溫、節氣門開通過檢測車速、發動機轉速和水溫、節氣門開度、自動變速器液壓油油溫等，控制系統的計算度、自動變速器液壓油油溫等，控制系統的計算機可以確定汽車運行的狀態，并與設定的換檔規機可以確定汽車運行的狀態，并與設定的換檔規律相比較，經計算、分析、決策，向換檔執行機律相比較，經計算、分析、決策，向換檔執行機構發出控制信號，經電磁閥、

7、油壓或氣動或電動構發出控制信號，經電磁閥、油壓或氣動或電動伺服機構等實施相應動作，完成自動換檔。伺服機構等實施相應動作，完成自動換檔。3. 制動防抱死自動控制系統制動防抱死自動控制系統簡稱簡稱ABS（Anti-lock Braking System） 汽車緊急制動時，車輪可能完全停止轉動汽車緊急制動時，車輪可能完全停止轉動（“抱死抱死”現象），汽車以很大的慣性向前沖，現象），汽車以很大的慣性向前沖，車輪可能打滑，從而發生側滑、甩尾、甚至旋轉車輪可能打滑，從而發生側滑、甩尾、甚至旋轉等，很容易造成嚴重的交通事故。等，很容易造成嚴重的交通事故。 裝有裝有ABS的汽車將自動采取措施來防止車輪被的汽車

8、將自動采取措施來防止車輪被完全抱死，保持輪胎與地面間的附著力，增強行完全抱死，保持輪胎與地面間的附著力，增強行駛的穩定性。駛的穩定性。制動防抱死系統的機械部分制動防抱死系統的機械部分防抱死控制系統的組成和工作原理防抱死控制系統的組成和工作原理計算機控制單元（計算機控制單元（ECU）計算處理計算處理車輪速度車輪速度和加速度和加速度計算處理計算處理車輪滑移車輪滑移率以及參率以及參考車速考車速計計 算算決決 策策制制 動動方方 案案車車輪輪制制 動動裝裝 置置 電磁液電磁液壓調節壓調節閥閥車輪轉速傳感器車輪轉速傳感器 通過檢測車輪轉速、制動裝置等的工作狀況，準確判斷出通過檢測車輪轉速、制動裝置等的工

9、作狀況，準確判斷出路面狀況以及制動機構的相關參數，路面狀況以及制動機構的相關參數，ECU通過判斷和計算，通過判斷和計算，給出適宜的制動力調節量，實現自適應調節。給出適宜的制動力調節量，實現自適應調節。 4. 汽車驅動防滑自動控制系統汽車驅動防滑自動控制系統簡稱簡稱ASR （Acceleration Slip Regulation） 汽車在附著系數相對較小的路面（如雨、雪潮汽車在附著系數相對較小的路面（如雨、雪潮濕路面）突然加、減速時可能造成打滑空轉，從濕路面）突然加、減速時可能造成打滑空轉，從而導致失去方向控制能力，極易造成車禍事故。而導致失去方向控制能力，極易造成車禍事故。 ASR系統能夠最

10、大限度地避免打滑、空轉和失系統能夠最大限度地避免打滑、空轉和失控現象，提高行駛的方向穩定性和平順性。控現象，提高行駛的方向穩定性和平順性。 ASR系統與系統與ABS的控制機制類似，但控制目標的控制機制類似，但控制目標相反，兩個系統常常合二為一。也可以說，相反，兩個系統常常合二為一。也可以說，ASR系統是系統是ABS的進一步完善和補充。的進一步完善和補充。 驅動防滑控制系統的工作原理驅動防滑控制系統的工作原理 關鍵是防止驅動車輪空轉打滑，采用的控制方式關鍵是防止驅動車輪空轉打滑，采用的控制方式大多兩種：制動控制方式和發動機控制方式。大多兩種：制動控制方式和發動機控制方式。 制動控制方式：制動控制

11、方式：當檢測到驅動輪發生空轉或將要發生當檢測到驅動輪發生空轉或將要發生空轉時，由空轉時，由ECU發出命令，對車輪實施制動；發出命令，對車輪實施制動；ASR系系統通常緩慢提高制動力矩，以使制動過程平穩。統通常緩慢提高制動力矩，以使制動過程平穩。 發動機控制方式：發動機控制方式：當檢測到有空轉或即將空轉時，當檢測到有空轉或即將空轉時，ECU適時發出命令，采用改變噴油量、點火時間、節適時發出命令，采用改變噴油量、點火時間、節氣門開度等手段來調節汽車發動機輸出力矩，使驅動氣門開度等手段來調節汽車發動機輸出力矩，使驅動車輪與路面的附著力達到最佳狀態。車輪與路面的附著力達到最佳狀態。5. 動力轉向自動控制

12、系統動力轉向自動控制系統 汽車低速時轉向力矩大，高速時轉向力矩小，汽車低速時轉向力矩大，高速時轉向力矩小，為使司機輕松自如地進行轉向操作，就需要輔助為使司機輕松自如地進行轉向操作，就需要輔助的力矩控制裝置。的力矩控制裝置。 動力轉向動力轉向系統根據汽車的系統根據汽車的行駛狀況，利用控制裝置來行駛狀況，利用控制裝置來調節轉向助力，從而得到理調節轉向助力，從而得到理想的轉向性能。想的轉向性能。液壓式動力轉向系統的結構液壓式動力轉向系統的結構1-1-方向盤方向盤 2-2-轉向軸轉向軸 3-3-轉向中間軸轉向中間軸 4-4-轉向油管轉向油管 5-5-轉向油泵轉向油泵6-6-轉向油罐轉向油罐 7-7-轉

13、向節臂轉向節臂 8-8-轉向橫拉桿轉向橫拉桿 9-9-轉向搖臂轉向搖臂 10-10-整體式轉向器整體式轉向器 11-11-轉向直拉桿轉向直拉桿 12-12-轉向減振器轉向減振器動力轉向控制系統的組成及工作過程動力轉向控制系統的組成及工作過程 一般由車速傳感器、扭矩傳感器、控制元件、電一般由車速傳感器、扭矩傳感器、控制元件、電動或氣動或液動裝置等組成，具有車速檢測、控制動或氣動或液動裝置等組成，具有車速檢測、控制決策和轉向助力功能。決策和轉向助力功能。 系統在工作過程中不斷檢測汽車行駛的車速、轉系統在工作過程中不斷檢測汽車行駛的車速、轉向器扭矩等，饋送給電子控制裝置，控制器計算出向器扭矩等，饋送

14、給電子控制裝置，控制器計算出轉向助力的調節量，輸送給執行電機或液壓、氣壓轉向助力的調節量，輸送給執行電機或液壓、氣壓驅動裝置，驅動轉向器轉向。驅動裝置，驅動轉向器轉向。 6. 懸架自動控制系統懸架自動控制系統 該系統根據汽車行駛狀況自動地調節汽車懸架的該系統根據汽車行駛狀況自動地調節汽車懸架的剛度與振動阻尼，有的車還能夠自動調整車高。剛度與振動阻尼，有的車還能夠自動調整車高。 在起伏較大的路面能夠有效地吸收振動，避免過在起伏較大的路面能夠有效地吸收振動，避免過大的上下大的上下“浮動浮動”，還能在轉向時保持車身的正常，還能在轉向時保持車身的正常姿態、緊急制動時改善減振效果。對于能夠根據車姿態、緊

15、急制動時改善減振效果。對于能夠根據車速自動調節懸架以調節車高的汽車，還能夠降低風速自動調節懸架以調節車高的汽車，還能夠降低風阻系數，降低能耗，增大行駛穩定性。阻系數，降低能耗，增大行駛穩定性。 懸架控制系統的類型及組成懸架控制系統的類型及組成電控主動空氣懸架電控主動空氣懸架電控主動液壓懸架電控主動液壓懸架 分為空氣懸架和液壓懸架，其自動控制系統差異分為空氣懸架和液壓懸架，其自動控制系統差異不大，通常由位移、加速度、轉向、制動壓力等傳不大，通常由位移、加速度、轉向、制動壓力等傳感器、微機控制中心、氣壓或液壓組件等組成。感器、微機控制中心、氣壓或液壓組件等組成。懸架控制系統的工作原理懸架控制系統的

16、工作原理 裝在懸架內的位移傳感器檢測懸架的運動，車速表裝在懸架內的位移傳感器檢測懸架的運動，車速表提供車速信號，安裝在轉向軸上的光學傳感器則檢測提供車速信號，安裝在轉向軸上的光學傳感器則檢測出轉向的信號以及制動部分給出制動狀況信號。這些出轉向的信號以及制動部分給出制動狀況信號。這些信號都傳輸給微機進行分析、運算，給出對汽車懸架信號都傳輸給微機進行分析、運算，給出對汽車懸架的控制決策和相關控制的控制決策和相關控制量，驅動電動泵調節懸量，驅動電動泵調節懸架氣壓或油壓，以抵消架氣壓或油壓，以抵消引起車輛振動的能量，引起車輛振動的能量，同時還有效控制了車輛同時還有效控制了車輛的姿態。的姿態。7. 防撞

17、避撞自動控制系統防撞避撞自動控制系統 通過測量主車與目標車或障通過測量主車與目標車或障礙物之間的相對距離、相對速礙物之間的相對距離、相對速度以及相對方位角等信息，自度以及相對方位角等信息，自動控制汽車按照需求運行、減動控制汽車按照需求運行、減速或制動。速或制動。 關鍵技術：關鍵技術：對碰撞可能性的預測；對碰撞可能性的預測；碰撞可能發生時的緊急處理（減速和制動）。碰撞可能發生時的緊急處理（減速和制動）。防撞避撞的探測與控制技術防撞避撞的探測與控制技術 常用探測裝置的主體部分是雷達，可實施測距、測速、常用探測裝置的主體部分是雷達，可實施測距、測速、測方位。此外還有紅外線、超聲波、激光等檢測技術。紅

18、測方位。此外還有紅外線、超聲波、激光等檢測技術。紅外、超聲波的探測距離較短，激光和微波雷達測距遠、精外、超聲波的探測距離較短，激光和微波雷達測距遠、精度高，得到廣泛應用。度高，得到廣泛應用。 為降低雷達的誤報率，基于激光雷達、微波雷達、機器為降低雷達的誤報率，基于激光雷達、微波雷達、機器視覺等多種傳感器的信息融合技術正成為研究和應用的熱視覺等多種傳感器的信息融合技術正成為研究和應用的熱點，以機器視覺為主的探測技術有可能徹底解決準確識別點，以機器視覺為主的探測技術有可能徹底解決準確識別問題。問題。 防撞避撞的控制及處理方式：防撞避撞的控制及處理方式：向司機發出視聽預警信向司機發出視聽預警信號，促

19、使司機采取應急措施；號，促使司機采取應急措施；自動進行識別、判斷、處自動進行識別、判斷、處理和控制，即自動執行減速、避撞、制動等操作。理和控制，即自動執行減速、避撞、制動等操作。一種汽車防撞預警系統一種汽車防撞預警系統 具有車距監視功能，通過圖象顯示和聲音預警具有車距監視功能，通過圖象顯示和聲音預警提醒駕駛員保持安全車距。提醒駕駛員保持安全車距。基于機器視覺識別技術的新型防撞系統基于機器視覺識別技術的新型防撞系統 安裝在車上的攝像頭可以自動探測路況并預測潛安裝在車上的攝像頭可以自動探測路況并預測潛在的危險，可能發生危險時，系統就會轉入在的危險，可能發生危險時，系統就會轉入“自動自動操作操作”，

20、啟動應急制動和剎車系統來避免危險。，啟動應急制動和剎車系統來避免危險。 與電腦相連的攝像機還與電腦相連的攝像機還可以分辨出汽車、騎車人可以分辨出汽車、騎車人及行人，配合當前各種參及行人，配合當前各種參數迅速計算出事故可能的數迅速計算出事故可能的破壞程度，并做出相應反破壞程度，并做出相應反應。應。三、三、 汽車先進控制系統汽車先進控制系統簡介簡介l 采用先進的傳感與檢測技術、通信技術和自采用先進的傳感與檢測技術、通信技術和自動控制技術，提供多種形式的防撞、避撞、動控制技術，提供多種形式的防撞、避撞、安全保障、自動駕駛等功能；安全保障、自動駕駛等功能；l 主要有行車安全預警報警系統、縱向防撞避主要

21、有行車安全預警報警系統、縱向防撞避撞系統、側向防撞避撞系統、交叉口防撞避撞系統、側向防撞避撞系統、交叉口防撞避撞系統、視覺強化防撞避撞系統、事故前乘撞系統、視覺強化防撞避撞系統、事故前乘員安全保護系統、自動駕駛系統、自動公路員安全保護系統、自動駕駛系統、自動公路信息系統等。信息系統等。 第一層次：車輛安全技術與輔助駕駛技術第一層次：車輛安全技術與輔助駕駛技術l 關鍵部件的研發，如車載傳感器（激光雷達、微關鍵部件的研發，如車載傳感器（激光雷達、微波雷達、攝像機圖像處理等）、車載計算機和控波雷達、攝像機圖像處理等）、車載計算機和控制執行機構等；制執行機構等；l 安全行駛和駕駛輔助技術，如采用多傳感

22、器融合安全行駛和駕駛輔助技術，如采用多傳感器融合技術將汽車與周圍車輛、障礙物、道路設施的相技術將汽車與周圍車輛、障礙物、道路設施的相對距離、相對速度以及相對方位等檢測出來，通對距離、相對速度以及相對方位等檢測出來，通過微處理器進行計算、分析、判斷與決策，必要過微處理器進行計算、分析、判斷與決策，必要時給出報警，或情況緊急時控制系統進行強制減時給出報警，或情況緊急時控制系統進行強制減速或制動。速或制動。 第二層次：智能型自動駕駛系統第二層次：智能型自動駕駛系統l 屬于第一層次上的擴展和升級，最顯著的區別是屬于第一層次上的擴展和升級，最顯著的區別是自動化技術不再是輔助駕駛員解決一些緊急狀況自動化技

23、術不再是輔助駕駛員解決一些緊急狀況下的部分操作，而是較全面地替代了人。下的部分操作，而是較全面地替代了人。l 在檢測行駛狀況、對駕駛操作的決策、尤其是對在檢測行駛狀況、對駕駛操作的決策、尤其是對緊急狀況的判別方面，該層次的技術更突出智能緊急狀況的判別方面，該層次的技術更突出智能檢測、智能決策和智能控制。檢測、智能決策和智能控制。l 這樣的智能汽車能自動導航、自動轉向、自動檢這樣的智能汽車能自動導航、自動轉向、自動檢測和回避障礙物、自動操縱駕駛，尤其是在裝備測和回避障礙物、自動操縱駕駛，尤其是在裝備有智能信息系統的智能公路上，能夠在充分保證有智能信息系統的智能公路上，能夠在充分保證安全車距的情況

24、下以較高的速度自動行駛。安全車距的情況下以較高的速度自動行駛。英特爾公司與斯坦福大學聯合研制的英特爾公司與斯坦福大學聯合研制的無人駕駛汽車無人駕駛汽車 大眾汽車集團研制的無人駕駛汽車大眾汽車集團研制的無人駕駛汽車 “Stanley” 無人駕駛汽車無人駕駛汽車“Stanley”在行駛中在行駛中 “Stanley”上的探測儀上的探測儀 “Stanley”有有4個激光探測儀、精確的個激光探測儀、精確的GPS導航系統、導航系統、7個奔騰處理器組成的高性能計算機，定位精度達到個奔騰處理器組成的高性能計算機，定位精度達到毫米級，并通過復雜的軟件模塊來進行控制。毫米級，并通過復雜的軟件模塊來進行控制。四、四、汽車自動化發展動態汽車自動化發展動態l 自動化在汽車上的應用越來越廣泛，很多新技術自動化在汽車上的應用越來越廣泛，很多新技術不斷推廣應用，汽車的自動化水平越來越高；不斷推廣應用，汽車的自動化水平越來越高；l 汽車自動化發展的總體趨勢是智能化和網絡化；汽車自動化發展的總體趨勢是智能化和網絡化；l 智能化指信息處理與控制決策等充分體現人的智智能化指信息處理與控制決策等充分體現人的智能特征；能特征；l 網絡化一方面指汽車上的各種自動化系統相互連網絡化一方面指汽車上的各種自動化系統相互連網，協調工作，另一方面指與外